升压背光LED驱动器

该参考设计用于TFT显示屏的LED背光驱动，输入电气要求和输出特性如下：

VIN：8VDC (1.667A)至18VDC (730mA)；可承受50VDC瞬态电压

PWMIN：250Hz脉冲串；2µs (最小值)脉冲；0mA时大于3.3VDC；10mA时小于0.3VDC

VLED配置：6或8只LED (2.89VDC至4.2VDC)串联(34VDC，最大值)；三串并联，每串电流150mA

图1. 基于MAX16809的驱动器电路板

图2. 驱动器设计原理图

图3. 驱动器设计PCB布局

电路简述

本参考设计采用MAX16809作为主控制器，用于电源升压转换和16端口的LED驱动。 16个端口中的15个端口按照五个端口组成一组，用于驱动三串并联的LED。 Boost电源的输出电压始终高于输入电源电压。 Boost电源工作频率为200kHz，速率足以满足选择小尺寸功率元件的需求，而且，这样的开关频率也不会导致开关MOSFET过热。

设计在输出端采用两个低ESR电解电容。 当PWM信号关闭负载使其电流为零时，这些电容用来吸收电源的电感能量。 用于LED串的输出电压可通过4引脚连接器提供：V发光二极管+连接在连接器的第1引脚，VLED-引脚分别连接到连接器的第2、3、4引脚。 必要时可以使用所提供的输出滤波电容焊盘； 本设计中没有安装这些电容。 Q2-D2-R8电路为电流模式PWM控制器提供了斜率补偿。 该电路跟随RTCT电压波动，向R7注入电流，从而产生斜坡电压，防止在占空比超过50%时(当输入电压较低时)导致控制器谐波振荡。

这个boost电路的反馈有两种模式：自适应和静止。 自适应模式(当PWM信号为高时)下将产生“二极管或”输出，从而使最低驱动器电压(最大LED串联压降)被调整到大约1.0VDC，为保证LED驱动器正常工作提供足够裕量。 其它LED串具有较低的串联压降，所以这些驱动器具有更大裕量。 自适应模式把由线性LED驱动器产生的功耗降至最低。 该模式下，当LED的绝对正向导通电压不太严格时，LED之间正向导通电压的相对误差应控制在200mV以内。 为改善散热，MAX16809必须与大面积覆铜层之间有良好的导热通道，可通过封装裸焊盘下方的过孔实现散热。 该参考板中利用底层的地平面为IC散热，如果使用面积更大的多层地平面，散热效果会更好。

静止模式下(PWM信号为低)，按照与传统电源类似的方式调整VLED，电压上升至在很短的脉冲内保证工作的电压值。 因为电源磁场无法在很短的脉冲内快速建立足够的储能，所有能量必须由输出电容提供。 静止模式必须保证这些电容能够充电达到足够的储能，在电感响应之前维持足够的能量。 启动静止模式时，输入电流浪涌会高于自适应模式下的电流。 这是因为需要对较大的输出电容进行充电。 导通期间的绝大多数时间内，能量由输出电容补充，开关静止、输入电流跌落至零。

齐纳二极管D10为电路提供过压保护，如果一串LED断开，自适应电压控制将尝试提高VLED以满足1.0VDC要求。 D10将最高输出电压限制在38.5VDC。 虽然该高压不会损坏电路，但LED驱动器的功耗可能导致MAX16809过热。 发生这种情况时，芯片内部电路将关断驱动器，直到温度下降到适当值，这会导致LED闪烁。 对于6S3P配置，在连接器J3处安装跳线，使D6与D10并联，将钳位电压降至29VDC。

通过R5 (576Ω)将每串LED驱动电流设置在30mA，如果将5路驱动器并联驱动一串LED，其驱动电流可以达到150mA。

施密特反相触发器U2配置成振荡器，为MAX16809的SPI™输入提供时钟。 由于DIN接高电平，将向内部寄存器输入一串“1”，开启所有LED驱动器。 U2还用于对PWM信号反相转换，以满足MAX16809的OE#输入要求。

U3 (MAX6397TATA过压保护电路)能够在发生抛负载时提供输入保护并为MAX16809的线性驱动器提供3.3VDC供电电源。 R15/R16将关断电压设置在18.85VDC。 选取Q3，使在低输入电压下应具备最小导通压降。 满负荷时，测量到的最小工作电压为7.82VDC。 REG输出为MAX16809线性驱动器(V+输入)、U2以及R11上拉电阻提供3.3VDC直流电源。

性能测试和结果

图4. V在= 18V、V在 = 36V时的MOSFET电流和电压

图5. 1µs脉冲和1ms脉冲时的VLED和输入电流，V发光二极管在静止模式和自适应模式下交替转换。 注意，静止模式下，输入浪涌电流为输出电容充电。

图6. 2ms脉冲和3.9ms脉冲时的VLED和输入电流

温度测量

使用OSRAM电子负载，得到以下温度测量结果：

 

VIN |氛围	8V直流|+20°C
TU1	+38°C
TU3	+36°C
TQ1	+37°C
TQ3	+34°C
TL1	+37°C
UDP	+37°C

VIN |氛围	36V直流|+20°C
TU1	+39°C
TU3	+45°C
TQ1	+32°C
TQ3	+31°C
TL1	+31°C
UDP	+31°C

 

上电过程

将三串LED (每串8只LED)连接至连接器J1。 如果连接器J3安装跳线，也可以将三串(每串6只)的LED连接到连接器J1。

LED串的正端必须与J1的第1引脚连接； LED串的负端必须与J1的第2、3、4引脚连接。

将没有上电的8V至20V (4A额定电流)直流电源连接至系统输入，务必确认极性正确。

打开电路电源。

在J4提供250Hz脉冲波，脉冲摆幅为0V至3.3V，占空比为0.05%至100%。

检流电阻R3两端的大尺寸过孔提供低噪探头，可以连接一个接地线圈和单端示波器探头。

审核编辑：郭婷